øng dông ETABS trong tÝnh to¸n c«ng tr×nh
2
ỨNG DỤNG ETABS TRONG TÍNH
TOÁN CÔNG TRÌNH
3.3.3. ứng dụng .................................................................................................... 17
4. Vật liệu .................................................................................................................... 18
4.1. Tổng quan về vật liệu ........................................................................................ 18
4.2. Hệ trục tọa độ địa phương ................................................................................. 19
4.3. ứng suất và biến dạng của vật liệu (stresses and strains) ................................. 19
4.3.1. Stress ......................................................................................................... 19
4.3.2. Strain .......................................................................................................... 19
4.4. Các thông số khai báo vật liệu .......................................................................... 20
5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng ..................................................................................... 21
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
4
5.1. Tải trọng ............................................................................................................ 21
5.2. Tổ hợp tải trọng ................................................................................................. 22
5.2.1. Các cách tổ hợp tải trọng ............................................................................ 22
5.2.2. Các loại tổ hợp tải trọng .............................................................................. 22
5.2.3. Cách khai báo ............................................................................................. 23
6. Bài toán phân tích .................................................................................................... 23
6.1. Các dạng phân tích kết cấu ............................................................................... 23
6.2. Modal Analysis .................................................................................................. 23
6.2.1. Tổng quan .................................................................................................. 23
6.2.2. Eigenvertor Analysis ................................................................................... 24
7. Diaphragm Centers of Rigidity, Centers of Mass ..................................................... 25
Chương 2: Kết cấu hệ thanh
.................................... 28
3.3. Liên kết Release (Frame Releases and Partial Fixity) ....................................... 40
3.3.1. Khái niệm ................................................................................................... 40
3.3.2. Phương pháp khai báo ................................................................................ 41
4. Tự động chia nhỏ phần tử (Automatic Frame Subdivide) .......................................... 41
4.1. Khái niệm .......................................................................................................... 41
4.2. Phương pháp khai báo ...................................................................................... 41
Chương 3: Kết cấu tấm vỏ
........................................ 44
1. Phần tử Tấm bản ..................................................................................................... 44
1.1. Phần tử Area (Area Element) ............................................................................ 44
1.1.1. Khái niệm chung ......................................................................................... 44
1.1.2. Thickness Formulation (Thick Thin) ......................................................... 44
1.1.3. Thickness ................................................................................................... 45
1.1.4. Material Angle ............................................................................................. 45
1.2. Hệ trục tọa độ địa phương (Local Coordinate System) ...................................... 46
1.2.1. Trạng thái mặc định .................................................................................... 46
1.2.2. Biến đổi ...................................................................................................... 47
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
6
1.3. Tiết diện ............................................................................................................ 48
1.4. Bậc tự do (Degree of Freedom) ......................................................................... 48
1.5. Mass ................................................................................................................. 49
1.6. Nội lực và ứng suất ............................................................................................ 49
1.6.1. Nội lực ........................................................................................................ 49
1.1. Tổng quan ......................................................................................................... 62
1.2. Căn bản về Section Designer ............................................................................ 62
1.2.1. Khởi động Section Designer ....................................................................... 62
1.2.2. Hộp thoại Pier Section Data ........................................................................ 63
1.2.3. Hộp thoại SD Section Data ......................................................................... 64
1.3. Chương trình Section Designer .......................................................................... 65
1.3.1. Giao diện chương trình Section Designer .................................................... 65
1.3.2. Hệ trục tọa độ ............................................................................................. 65
1.3.3. Tiết diện và hình dạng (Sections and Shapes) ............................................ 66
1.3.4. Cốt thép gia cường ...................................................................................... 67
1.3.5. Phương pháp vẽ ......................................................................................... 69
1.4. Section Properties ............................................................................................. 69
1.4.1. Mục đích của Section Properties ................................................................. 69
1.4.2. Thông số thiết diện ..................................................................................... 69
1.5. Ví dụ .................................................................................................................. 70
2. Lưới (Grid) ............................................................................................................... 73
2.1. Hộp thoại Building Plan Grid System and Story Data Definition ........................ 73
2.2. Hộp thoại Grid Labeling Options ....................................................................... 74
2.3. Hộp thoại Define Grid Data ............................................................................... 75
2.4. Hộp thoại Story Data ......................................................................................... 76
2.5. Các chế độ vẽ ................................................................................................... 77
3. Tải trọng (Load) ....................................................................................................... 78
3.1. Wind Load ......................................................................................................... 78
3.2. Quake Lad ........................................................................................................ 79
4. các phương pháp chọn phần tử ................................................................................ 81
4.1. Chọn phần tử trên mặt bằng .............................................................................. 81
4.2. Đưa điểm nhìn ra vô cùng ................................................................................. 82
1.11.2. Ví dụ 2 .................................................................................................... 111
1.11.3. Ví dụ 3 .................................................................................................... 112
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
9
1.11.4. Ví dụ 4 .................................................................................................... 112
1.12. Chạy mô hình ................................................................................................ 112
1.13. Tọa độ tâm cứng và tâm khối lượng tần số dao động .................................... 112
1.14. Phng phỏp nhp ti vo tâm khối lượng .................................................. 113
1.15. Nhập tải trọng vào tâm cứng ......................................................................... 115
1.16. Tổ hợp tải trọng ............................................................................................. 116
1.17. Kiểm tra lại sơ đồ kết cấu .............................................................................. 117
1.17.1. Kiểm tra lại sơ đồ hình học ...................................................................... 117
1.17.2. Kiểm tra lại sơ đồ tải trọng ...................................................................... 117
1.18. Chạy chương trình và quan sát nội lực ........................................................... 118
1.19. Khai báo bài toán thiết kế cốt thép cho Frame ............................................... 119
2. Bài tập 2 ................................................................................................................ 122
2.1. Thiết lập hệ lưới ............................................................................................... 123
2.2. Định nghĩa tiết diện và vật liệu ......................................................................... 125
2.2.1. Định nghĩa vật liệu .................................................................................... 125
2.2.2. Khai báo tiết diện ...................................................................................... 126
2.3. Vẽ sơ đồ kết cấu ............................................................................................. 126
2.4. Tạo lập hệ tọa độ trụ ....................................................................................... 131
2.5. Định nghĩa các trường hợp tải trọng ................................................................. 134
2.6. Khai báo tổ hợp tải trọng ................................................................................. 134
2.7. Nhập tải trọng ................................................................................................. 135
2.7.1. Tĩnh tải ...................................................................................................... 135
3.2. Nhập mô hình từ AutoCAD và Etabs ............................................................... 149
3.2.1. Nhập mặt bằng lưới ................................................................................... 149
3.2.2. Định nghĩa tiết diện, vật liệu ...................................................................... 152
3.2.3. Nhập mặt bằng dầm cột ............................................................................ 152
3.2.4. Nhập mặt bằng vách và vẽ vách ............................................................... 153
4. Bài tập 4 ................................................................................................................ 156
4.1. Thiết lập hệ lưới ............................................................................................... 157
4.2. Định nghĩa tiết diện và vật liệu ......................................................................... 159
4.2.1. Định nghĩa vật liệu .................................................................................... 159
4.2.2. Khai báo tiết diện ...................................................................................... 159
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
11
4.3. Vẽ mô hình ...................................................................................................... 167
4.3.1. Vẽ mặt cắt qua trục 1 ................................................................................ 167
4.3.2. Hiệu chỉnh lại cột dưới ............................................................................... 171
4.3.3. Vẽ dầm cầu trục ....................................................................................... 173
4.3.4. Vẽ các thanh giằng ngang ........................................................................ 175
Chương 1: Tổng Quan về Etabs 12
Chương 1: Tổng Quan về Etabs
1. Hệ tọa độ
Trong Etabs cũng như trong Sap2000, chúng ta có hai hệ trục tọa độ Decard và trụ:
Một nút có 6 bậc tự do: U1, U2, U3 (ba chuyển
vị thẳng); R1, R2, R3 (ba chuyển vị xoay).
Chiều dương qui ước của các bậc tự do tương
ứng với 6 thành phần trong hệ toạ độ tổng thể.
Mỗi một bậc tự do trong sơ đồ kết cấu sẽ thuộc
một trong các loại sau :
+ Active: chuyển vị sẽ được tính đến trong quá
trình phân tích kết cấu.
+ Restrainted: chuyển vị đã được xác định
trước, tương ứng với nó chương trình sẽ tính
phản lực tại điểm đó trong quá trình phân tích kết cấu.
+ Constrained: chuyển vị sẽ được xác định từ chuyển vị tại một số bậc tự do khác.
+ Null: chuyển vị không ảnh hưởng đến kết cấu và sẽ bị bỏ qua trong quá trình phân
tích kết cấu. Các nút này không có chuyển vị, không có nội lực, không có độ cứng,
không restraint, không contrains (ví dụ như nút đứng độc lập).
+ Unavaible: chuyển vị đã được loại trừ từ quá trình phân tích kết cấu.
Avaiable and Unavailable Degrees of Freedom. Điều khiển này nằm trong Analysis
Options.
+ Các nút được gán Unavailable Degrees of Freedom thì tất cả độ cứng, tải trọng,
khối lượng, Restraints hoặc Constrains gán cho kết cấu đều được bỏ quan trong
quá trình phân tích kết cấu.
+ Tất cả các bậc tự do của kết cấu, Etabs đều quy về hệ trục tọa độ tổng thể (Global
Coordinate System).
Hình 1. 3 Sáu bậc tự do tại nút.
Chương 1: Tổng Quan về Etabs
Giải thích về Vector mô men.
+ Tại điểm có số hiệu (Label) là 5, có
Mzz = 10. Có nghĩa là chiều của
vector moment ngược với chiều
dương của trục Z. Như vậy với tác
dụng của tải trọng như trên, thanh
5-6 sẽ bị uốn trong mặt phẳng
song song với mặt phẳng XY,
chiều uốn từ Y sang X (hình 1. 5).
2.5. Khối lượng tại nút (Mass)
Trong các bài toán phân tích động (Dynamic Analysis), khối lượng của kết cấu được dùng
để tính lực quán tính và tần số dao động riêng của công trình. Thông thường, chương trình
sẽ tính khối lượng của các phần tử dựa trên khai báo khối lượng riêng của vật liệu và thể
tích hình học của phần tử, sau đó chương trình sẽ quy đổi về nút. Khối lượng của từng
phần tử sẽ được tính cho 3 phương tương ứng với 3 chuyển vị thẳng của nút. Chương trình
sẽ bỏ qua mô men quán tính.
Trong một số trường hợp, khi tính toán dao động của công trình, ta không dùng khối lượng
mà Etabs tự tính. Khi đó, ta có thể khai báo khối lượng tập trung hoặc khối lượng mô men
quán tính tập trung tại bất kỳ nút nào. Phương pháp khai báo khối lượng tập trung như
sau:
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
15
Hình 1. 6 Hộp thoại
Assign Masses.
16
Hình 1. 8 Hộp thoại Assign
Restraints.
Hình 1. 9 Hộp thoại
Assign Springs.
3.1.2. Phương pháp gán
Phương pháp gán liên kết Restraint:
Chọn điểm cần gán liên kết Restraint.
Vào menu Assign
Joint/Point
Restraints
(Supports).
Nhập các bậc tự do bị khống chế vào hộp thoại.
+ Translation: chuyển vị thẳng.
+ Rotation: chuyển vị xoay.
3.2. Springs
3.2.1. Khái niệm chung
Spring là liên kết đàn hồi. Bất kỳ một trong sáu bậc tự do
của một nút đều có thể gán liên kết đàn hồi. Liên kết đàn
Diaphragm.
3.3. Liên kết Constraints
3.3.1. Khái niệm chung
Các điểm có cùng chung một Constraint sẽ có một số chuyển vị như nhau. Số lượng
chuyển vị cùng nhau phụ thuộc vào từng loại Constraint.
Khi khai báo Constraint, số lượng phương trình tính toán sẽ giảm. Do vậy tốc độ tính toán
sẽ tăng lên. Dưới đây trình bày một số dạng Contraint thường dùng.
Diaphragm, ràng buộc chuyển vị theo một mặt phẳng. Tất cả các điểm được gắn cùng
một Diaphragm đều có hai chuyển vị trong mặt phẳng của Diaphram và một chuyển vị
xoay vuông góc với mặt phẳng như nhau. Mô hình này thường được sử dụng để mô
hình hóa sàn là tuyệt đối cứng trong mặt phẳng khi tính toán nhà cao tầng.
Body constraint, dùng để mô tả một khối hay một phần của kết cấu được xem như là
một khối cứng (Rigid body). Tất cả các nút trong một Body đều có chuyển vị bằng
nhau.
Plate Constraint, làm cho tất cả các nút bị ràng buộc chuyển vị cùng với nhau như là
một tấm phẳng có độ cứng chống uốn ngoài mặt phẳng bằng vô cùng (ngược với
Diaphram).
Beam Constraint, tất cả các nút gán cùng một Beam Contraint có chuyển vị cùng nhau
như là một dầm thẳng có độ cứng chống uốn bằng vô cùng (không ảnh hưởng đến
biến dạng dọc trục và biến dạng xoắn của dầm).
Chú ý : Sap2000 cung cấp tất cả các loại Contraint nói trên còn Etabs chỉ cung cấp
chức năng Diaphram Constraint.
3.3.2. Cách khai báo
Chọn điểm cần gán liên kết Contraint.
Vào menu Assign
Joint/Point
19
4.2. Hệ trục tọa độ địa phương Hình 1. 12 Định nghĩa các thành phần ứng suất trong hệ tọa độ địa phương vật liệu.
Mỗi một vật liệu đều có một hệ trục tọa độ địa phương riêng, được sử dụng để định nghĩa
tính đàn hồi và biến dạng nhiệt theo các phương. Hệ thống tọa độ địa phương vật liệu chỉ
áp dụng cho loại vật liệu trực hướng (orthotropic) và dị hướng (anisotropic). Vật liệu đẳng
hướng (Isotropic material) có tính chất vật liệu theo ba phương là như nhau.
4.3. ứng suất và biến dạng của vật liệu (stresses and strains)
4.3.1. Stress
ứng suất được định nghĩa là lực trên một đơn vị diện tính dọc theo các trục vật liệu của
một phân tố đơn vị của một phần tử bất kỳ.
Không phải lúc nào cũng tồn tại 6 ứng suất trên các phần tử. Ví dụ, ứng suất
22,
33,
23
sẽ bằng không đối với phần tử thanh (Frame Element), ứng suất
33
4.3.2. Strain
sẽ bằng không đối
với phần tử tấm vỏ (Shell Element).
Dựa vào quy luật ứng xử của từng vật liệu mà ta có biến dạng của vật liệu đó.
1
2
2
22
dx
du
= Chương 1: Tổng Quan về Etabs
20
2
3
3
2
23
dx
du
dx
du
+=
3
3
33
) quyết định
biến dạng trượt và xoắn.
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
21
+ Đối với vật liệu bê tông
à
=0.18 ữ 0.2.
+ Đối với vật liệu thép
à
sấp xỉ
0.3.
5. Tải trọng và tổ hợp tải trọng
5.1. Tải trọng
Khi phần tử biến bị biến dạng dưới tác động của ngoại lực, các phần tử vật chất trong
phần tử chuyển động, phát sinh ra gia tốc chuyển động và kèm theo đó là lực quán tính.
Nếu gia tốc là nhỏ, lực quán tính bé thì có thể bỏ qua lực quán tính so với các tải trọng
khác. Khi đó bài toán được gọi là bài toán tĩnh (Static).
Ngược lại khi gia tốc lớn, lực quán tính lớn, ta không thể bỏ qua lực quán tính. Lúc đó, ta
gọi là bài toán động (Dynamic).
Ngoài tải trọng tĩnh và động ta còn có tải trọng thay đổi theo thời gian (Time history).
Đối với tải trọng tĩnh, trong Etabs ta có các trường hợp tải trọng sau
Dead Load : tĩnh tải Wind load : tải trọng gió Snow Load : tải trọng tuyết
Live Load : hoạt tải Quake Load : tải trọng động đất
Câu hỏi
Tại sao tải trọng động đất và tải trọng gió động lại nằm trong mục Static Load Case (tải
hành bài toán thiết kế thép theo tiêu chuẩn có sẵn mà Sap (Etabs) cung cấp. Số các
trường hợp tổ hợp và hệ số của các trường hợp tải trọng tham gia vào tổ hợp phụ thuộc
vào tiêu chuẩn thiết kế mà ta chọn. Các tổ hợp tải trọng này thường có tên là DCom1,
DCom2, DSTL
5.2.2. Các loại tổ hợp tải trọng
ADD: tổ hợp theo phương pháp cộng từng thành phần của tổ hợp.
ENVE: tổ hợp bao nội lực.
SRSS: căn bậc hai của tổng bình phương các trường hợp tải.
ABS: tổng trị tuyệt đối của các trường hợp tải.
Câu hỏi
Kiểu tải trọng Live Load, Wind Load có ý nghĩa gì không.
Đối với bài toán sử dụng tổ hợp người dùng và trong bài toán tĩnh (Static), thì việc khai
báo các kiểu tải trọng này không có ý nghĩa gì cả.
Đối với bài toán sử dụng tổ hợp tải trọng tự động. Các kiểu tải trọng này sẽ giúp Sap
(Etabs) nhận biết được các trường hợp tải (tĩnh tải, hoạt tải). Dựa trên tiêu chuẩn
thiết kế mà bạn đọc khai báo, chương trình Sap (Etabs) sẽ cung cấp các trường hợp tổ
hợp tải trong và cung cấp các hệ số của các trường hợp tải trọng trong từng trường hợp
tổ hợp tải trọng.
Bản chất của tổ hợp trong Etabs (Sap) là tổ hợp tải trọng hay tổ hợp nội lực?
ứng dụng ETABS trong tính toán công trình
23
Bản chất của kiểu tổ hợp Add trong Sap (Etabs) là tổ hợp tải trọng.
Biểu đồ bao (tổ hợp Enve) là biểu đồ bao nội lực của các trường hợp tải hay là biểu đồ nội
lực trong trường hợp bao của các trường hợp tải trọng?
Là phương án thứ nhất : biểu đồ bao nội lực của các trường hợp tải trọng đã khai báo
trong Enve.
Chương 1: Tổng Quan về Etabs
24
Có hai dạng phân tích Modal Analysis:
Eigenvertor, dùng để xác định các dạng dao động riêng và tần số dao động riêng của
chúng. Chúng ta thường sử dụng cách này để tính toán tần số dao động riêng kết cấu
công trình.
Ritz
vertor, dùng để tìm dạng dao động khi đã chỉ rõ các lực thành phần tạo nên dao
động. Ritzvertor có thể cho ta kết quả tốt hơn đối với các bài toán về tải trọng phổ
hoặc tải trọng thay đổi theo thời gian (response
spectrum or time
history analyses).
6.2.2. Eigenvertor Analysis
6.2.2.1. Phương trình Eigenvertor Trong đó
K là ma trận độ cứng.
M là ma trận khối lượng.
là ma trận Eigenvalue (giá trị riêng).
là ma trận eigenvertors (vector riêng) tương ứng giá trị riêng, nó biểu thi cho dạng
dao động.
Eigenvalue là bình phương của tần số góc
tìm được sẽ có dạng
= 2 Shift.
.
Khi đó dung sai hội tụ sẽ tol sẽ có dạng như sau: Dung sai hội tụ trong trường hợp không khai báo Shift và Cut, khi đó Tol có 2 dạng sau:
hoặc
7. Diaphragm Centers of Rigidity, Centers of Mass
Khai báo tính toán tâm cứng: Analyze menu
Calculate Diaphragm Centers of Rigidity.
Khi Menu này được đánh dấu, Etabs sẽ tính toán tâm cứng trong quá trình phân tích kết
cấu.
Tâm cứng được xác định bằng cách tính toán tọa độ tương đối (X, Y) của tâm cứng với
một điểm nào đó, thông thường người ta lựa chọn điểm bất kỳ này là tâm khối lượng
(Center of mass). Người ta tính toán tâm cứng của một Diaphragm dựa trên ba trường hợp
tải trọng sau, tải trọng đơn vị tác dụng vào tâm khối lượng:
Trường hợp 1 (Case 1): Lực đơn vị tác dụng vào tâm khối lượng theo phương Global X.
Lực này gây ra mô men xoắn Diaphram là Rzx.
Trường hợp 2 (Case 2): Lực đơn vị tác dụng vào tâm khối lượng theo phương Global Y.
Lực này gây ra mô men xoắn Diaphram là Rzy.
Trường hợp 3 (Case 3): Vector mô men xoắn đơn vị tác dụng vào tâm khối lượng theo
phương Global Z. Lực này gây ra mô men xoắn Diaphram là Rzz.
Khi đó tọa độ (X, Y) của tâm Diaphram sẽ được xác định như sau:
RzzRzyX /=
và
RzzRzxY /=
. Điểm này là một thuộc tính của kết cấu, không phụ thuộc vào bất kỳ tải
Copyright: Tài liệu đại học ©